[发明专利]具有电解质搅拌的蓄电池

说明书

技术领域

本发明总体上涉及结合有空气鼓泡(air-bubbling)电解质搅拌 装置的诸如管型铅酸电池的蓄电池。

背景技术

铅酸电池被广泛使用，并且包括浸入电解质中并被隔板隔开的 正电极和负电极。

管型的铅酸电池通常由管式正极板构成，该管式正极板的组成 部件包括:具有顶杆(top bar)的板栅件；立柱(post)或熔接线 片(burning lug)和多个载流芯(current carrying spine)，围绕载流芯 的活性材料束(pencil)；管状体，其被配置为支撑和限定活性材料 束并保持这些活性物质与载流芯接触；以及用于闭合管的末端的装 置。

需要管状体来提供多种功能，包括:围绕(enclosure)并支撑 活性材料以保持该活性材料与芯接触；尤其在活性材料的膨胀周期 期间保持活性材料束的空间稳定性；以及最后，在遍及管状体的长 度上提供电解质与活性材料之间的充分传递。

从20世纪五十年代早期至今，管式板已从单管设计(首先通 过穿孔塑料甲壳(armor)，然后利用酚醛树脂进行浸渍保护的PVC 管以及纺织或编织C-玻璃纤维管)发展为更经济且更多产的多管式 排管(gauntlet)理念。仍在使用的第一代排管由利用丙烯酸树脂浸 渍的纺织聚酯织物制成。自从20世纪80年代起，管式排管进一步 发展为包括现代无纺织物。

工业上最广泛使用的用于制造无纺排管(其中，正极活性物质 (二氧化铅)被插入以制造铅酸电池的管式正极板)的材料是浸渍 有热塑性树脂的点连接的聚酯纺粘材料。这样利用酚醛树脂、丙烯 酸树脂或苯乙烯-丁二烯树脂进行浸渍的目的在于进一步保护织物 材料不被氧化而基本上不降低其整体多孔性。

众所周知，工业铅酸电池在大多数应用中会出现电解质分层:

在放电期间，来自正极板的PbO₂从硫酸电解质中获得硫酸根 离子而被还原成PbSO₄，同时负极板处的Pb也从电解质中获得硫 酸根离子而被氧化为PbSO₄。

相反地，在再充电期间，被放电的正极和负极活性材料PbSO₄又将在正极板处被转化为PbO₂并在负极板处被转化为Pb。过剩的 电流将被用于进行过度充电反应，以发生水的水解，即，在正极板 处产生氧气而在负极板处产生氢气。

由于电流从板的顶部至底部分布不均等，所以充电并尤其是放 电反应的效率可能是变化的，并在电解质中形成了称为“酸分层 (acid stratification)”的硫酸浓度梯度，即，在电解槽(cell)内的 非均质酸的比重。

板的上部充分放电而下部板难以有效地再充电的情况会导致 充电时间更长，更高的过度充电因数(overcharge factor)，以及在 电解槽的上部水的分解增加和以及进一步分层。

为了克服这种分层，大多数电池制造商使用空气鼓泡来混合电 解质。已知本领域中的用于不同类型电池的许多不同系统。通常， 在制造电池的一些阶段插入或多或少的复合塑料管，然后可选地将 其附着或固定(secure)在电池内并连接至例如设置在盖子中的端 口(port)，其将在电池投入使用时连接至增压气源。

对于管型电池，一种防止需要额外空间的解决方案是空出一个 排管的一个外部管(不填充正极活性物质)并在这个空的管子内插 入一根自顶部到底部的长塑料管(图1)。为了便于插入长塑料管， 通常首先将作为导向装置的漏斗形部件放置在空的排管(gauntlet tube)的顶部。然后将塑料管连接至电解槽盖子中的端口，该端口 在电池投入使用时可连接至供气装置(air-feeding device)。以规则 的间隔，通过塑料管吹入空气以通过鼓泡来混合硫酸并因而避免了 电解质分层。

作为举例，利用气泡来混合电解质可以将过度充电因数从 1.15％减小到1.05％，从而导致再充电效率提高10％到15％。

然而，使用这种塑料管不仅意味着在电解槽组装过程中需要额 外的步骤以及额外的材料成本，而且还意味着对于电池制造商存在 实施的问题，例如，由排管内部的塞块(chock)导致的塑料管插入 的问题。

发明内容

技术问题

本发明的目的在于提供了简化的组装管式正极板型电池的方 法，同时提供了电解质的有效混合以防止酸分层。